CN107735380A - 用于生产膨胀颗粒的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用推进剂生产由砂粒状矿物材料(1)制成的膨胀颗粒的方法；其中材料(1)被进给到基本上垂直站立的熔炉(2)内；其中材料(1)在熔炉(2)的炉身(3)中沿着运输区段(4)，被运输通过多个竖直地彼此相隔布置的加热区(5)，其中每个加热区(5)都能够利用至少一个可独立控制的加热元件(6)加热；其中材料(1)在此被加热至临界温度，在该临界温度下，砂粒(1)的表面(7)塑化，并且砂粒(1)基于推进剂而膨胀。根据本发明，进行下列设置：从底部进行材料(1)连同空气量的进给；其中借助于在炉身(3)中从下向上流动且形成气流(14)的空气量，沿着运输区段(4)从下向上地运输材料(1)，并且其中沙粒(1)的膨胀在运输区段(4)的上半部实现。

Description

用于生产膨胀颗粒的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于使用推进剂生产由砂粒状矿物材料制成的膨胀颗粒，例如由珍珠岩砂或黑曜岩砂制成的膨胀颗粒的方法；其中材料被进给到基本上垂直站立的熔炉中；其中材料在熔炉的炉身中沿着运输区段，被运输通过多个竖直地彼此相隔布置的加热区，其中每个加热区都能够利用至少一个可独立控制的加热元件加热；其中材料在此被加热至临界温度，在该临界温度下，砂粒的表面塑化，并且砂粒基于推进剂而膨胀；其中膨胀材料从熔炉中排出。
本发明还涉及一种用于生产由砂粒状材料制成的膨胀颗粒的装置，包括基本上垂直站立的熔炉，该熔炉包括具有上端和下端的炉身，其中运输区段在两端之间伸长，该运输区段被引导通过多个竖直地彼此相隔布置的加热区，其中加热区分别具有至少一个可彼此独立控制的加热元件，以便将材料加热至临界温度并且使砂粒膨胀。
背景技术
AT 12878U1公开了一种用于矿物材料(特别是诸如珍珠岩或黑曜岩等火山岩的砂)的闭孔膨胀的方法。在此，当砂粒状材料在竖炉中加热到砂粒表面塑化的临界温度时，基于作为推进剂起作用的与材料结合的水而发生膨胀。材料从上方进给到熔炉内并且由于重力在炉身中下落一段距离。
在此过程中出现浮力，这些浮力还会受膨胀过程前后的材料密度以及炉身的烟囱效应的影响。这些通常导致材料在炉身中的停留时间增加，这也可以部分地用于有针对性地延长在炉身中的停留时间。通常情况下，以此方式和方法可以使粒度处于100μm到700μm之间的原砂膨胀。
然而，用已知的方法无法实现待膨胀材料的显著更小的粒度，因为(充气)炉身中的砂子的沉降速度随着粒度的减小而降低。因此，从一定的最小颗粒尺寸开始，更小的颗粒尺寸不能应用于已知的膨胀方法，因为浮力对于这些甚至更小的颗粒尺寸而言过大。也就是说，这些砂粒不再能通过炉身，其中特别地会导致热材料在炉身上结块。这例如再次意味着，在准备火山岩砂时必然出现的、具有小于100μm的粒度的精细材料不能被加工成膨胀砂粒或者说微球形式的有价值的最终产品，而仅仅是不能用的废料。
发明目的
由此，本发明的目的在于，提供一种改进的膨胀方法，该膨胀方法避免上述缺点并且特别地允许精细材料的膨胀，并且提供一种用于执行该改进的方法的装置。
发明内容
本发明的核心在于，通过将砂粒状材料连同空气量一同进给到炉身中，来借助于气流，将砂粒状材料运输通过炉身。为了避免所产生的浮力导致停留时间不受控制地大，借助于空气或者说气流从下向上地进行运输，也即与重力相反地进行运输。以此方式，可以确保首先在炉身或者说炉身中的运输区段的上半部，优选地首先在其最上方三分之一处实现膨胀。这再次使得避免热砂粒在炉身的内壁上结块成为可能。因为由此可以对应地将已经膨胀的砂粒的停留时间保持得很小，所以不仅可以有针对性地最小化或者避免在炉身内壁上的结块，而且当应避免已膨胀的砂粒之间的粘结时，也可以有针对性地最小化或避免该粘结。总而言之，因此可以将迄今为止在准备过程中仅能被当做废料的、直径小于100μm的精细材料加工成膨胀微球形式的有价值的最终产品。
由此，对于一种用于使用推进剂生产由砂粒状矿物材料制成的膨胀颗粒，例如由珍珠岩砂或黑曜岩砂制成的膨胀颗粒的方法；其中材料被进给到基本上垂直站立的熔炉中；其中材料在熔炉的炉身中沿着运输区段，被运输通过多个竖直地彼此相隔布置的加热区，其中每个加热区都能够利用至少一个可独立控制的加热元件加热；其中材料在此被加热至临界温度，在该临界温度下，砂粒的表面塑化，并且砂粒基于推进剂而膨胀；其中膨胀材料从熔炉中排出，根据本发明，进行下列设置：从底部实现材料连同空气量的进给，其中借助于在炉身中从下向上流动且形成气流的空气量，沿着运输区段从下向上地运输材料，并且其中在运输区段的上半部，优选地在其最上方三分之一处实现砂粒的膨胀。也就是说，特别地，从炉身中的运输方向或者说气流方向上看，材料在第一个加热元件之前被掺混到空气流中。排出优选地在炉身的上端实现。
类似地，对于一种用于生产由砂粒状材料制成的膨胀颗粒的装置，包括基本上垂直站立的熔炉，该熔炉包括具有上端和下端的炉身，其中运输区段在两端之间伸长，该运输区段被引导通过多个竖直地彼此间隔布置的加热区，其中加热区分别具有至少一个可彼此独立地控制的加热元件，以便将材料加热至临界温度并且使砂粒膨胀，根据本发明，进行下列设置：设置有至少一个输送器件，以便将未膨胀的材料连同空气量在炉身下端，以朝向炉身上端的方向吹入炉身，使得空气量形成从下向上流动的气流，借助于该气流沿着运输区段从下向上地运输材料，以便使材料在运输区段的上半部，优选地在其最上方三分之一中膨胀。也可以考虑例如借助于喷嘴将空气量吹进炉身中，并且材料被单独地(例如借助于管接头)，优选地在最高空气速度的位置处输送到从喷嘴喷出的气流中。在此过程中，按计量地输送材料，其中为了进行计量可以考虑材料的按体积进给和重力进给。
基于在膨胀过程中涉及伴随有温度下降的等焓过程这一认知，可以有针对性地检测温度下降。这可以再次用于在原本的膨胀过程后确定膨胀砂粒的温度处理，以便影响膨胀砂粒的表面特性。举例而言，可以防止重新加热至临界温度以上，从而抑制表面断裂。或者当应有意识地忍受或者甚至有目的地获得砂粒的表面断裂时，可以有意识地引入此类再次温度上升。由此，对于根据本发明的方法的一种优选实施方式，设置了在检测到沿着运输区段的两个相邻位置之间的材料温度的第一次降低时，根据临界温度，沿着剩余运输区段调节加热元件，以防止或者有针对性地实现材料温度沿着剩余运输区段上升至或超过临界温度。
类似地，对于根据本发明的装置的一种优选实施方式，进行下列设置：设置有用于直接和/或间接测量材料的温度和/或温度变化的材料温度测量器件，以及与材料温度测量器件以及加热区的加热元件相连的调节和控制单元，以便在沿着运输区段的两个相邻位置之间，检测材料温度的第一次降低，优选为至少20℃，并且可根据临界温度，通过调节和控制单元调节加热元件，以防止或者有针对性地实现材料温度沿着剩余运输区段上升至或超过临界温度。
可以考虑例如温度传感器作为材料温度测量器件，这些温度传感器沿着运输区段布置并且可以与材料接触，或者仅为了确定炉身中的温度而设置在相应的加热区中，而不与材料直接接触。
另外，通过设置有用于确定加热元件的功率消耗的测量仪作为材料温度测量器件，可以间接地、尤其简单地确定材料温度以及特别是材料温度变化。对于电驱动的加热元件，这些测量仪可以基本上局限于电流消耗的此类测量，其中这从已知的供应电压表露出来。
材料的温度变化通过确定从加热元件到材料的热流变化成为可能，该热流取决于加热元件和材料之间的温度差异。在加热材料的过程中，加热元件和材料之间的温度差异逐渐降低。热流对应地降低，也就是说，确定的热流从一个加热区到下一加热区的变化首先是减少。加热元件沿着运输区段的功率消耗首先对应地减少。随即在膨胀过程以及伴随的温度下降之后，材料和加热元件之间的温度差异显著大于直接在膨胀过程之前的温度差异。热流也对应地增加，也就是说，确定的热流或者说加热元件的功率消耗从一个加热区到下一加热区的变化现在是增加。由此，检测到的热流或者说加热元件的功率消耗的该增加适合于确定炉身中的温度下降及其范围。
由此，对于根据本发明的方法的一种优选实施方式，有下列设置：材料沿着运输区段的温度变化间接地通过确定加热元件的功率消耗来测得。
在一种进一步优选的实施方式中，温度测量的结果与加热元件的功率消耗的确定结果相比较或者说建立关系，并且因此检测膨胀的位置，以便提高该检测的精确性。在此能够借助于温度传感器执行温度测量，然而其中不必对材料进行直接的温度测量。
优选地，在被输送至膨胀过程之前准备非常细的粉末状或者说砂粒状的待膨胀材料，因为在运输材料的过程中，通常无法避免积聚。材料的水分促进这种积聚。如果膨胀对应的积聚物，则会获得膨胀砂粒的积聚物，然而这一般是不期望的。换而言之，最终产品通常情况下应指的是单个的微球。由此，在材料的准备过程中通常设置干燥过程。
但即使在干燥状态下，实际上也不可能无积聚地运输粉末状材料。例如，在借助于振动溜槽运输干燥的粉末状材料时，也会形成不期望的积聚物。由此，根据本发明设置了在膨胀过程之前分散材料，以避免积聚物的膨胀。对应地，对于根据本发明的方法的一种优选实施方式，有下列设置：优选地在材料进入炉身中前，将材料分散在空气量中。
分散在此能够以不同的方式实现。例如，可以考虑，使空气量中的材料暴露于超声波，以分散材料。
一种尤其简单且优雅的方法在于，对于分散使用空气量本身。在此，对于良好的分散结果，仅必须确保空气量以足够高的速度流动，这就是优选地使用同时形成空气量的压缩空气的原因。当压缩空气和材料被引导通过固体/空气喷嘴时，可以实现尤其紧凑的构造。对应地，对于根据本发明的方法的一种优选实施方式，有下列设置：分散借助于固体/空气喷嘴中的压缩空气，优选地利用连接至炉身的下游扩散器实现。
类似地，对于根据本发明的装置的一种优选实施方式，有下列设置：至少一个输送器件包括压缩空气和未膨胀的材料可输送至其的固体/空气喷嘴，以将材料分散在空气量中。也就是说，最后借助于喷嘴提供空气量并且空气量被吹入炉身。另外，对于根据本发明的装置的一种尤其优选的实施方式，有下列设置：装置还包括连接在固体/空气喷嘴下游并连接到炉身的下端的扩散器。为了在此达到尤其良好的分散结果并且使得已分散材料到炉身中的最佳过渡成为可能，对于根据本发明的装置的一种尤其优选的实施方式，有下列设置：扩散器以径向净端部横截面连接至炉身的下端，该径向净端部横截面等同于炉身在其下端处的径向净进口横截面。
通过气流可以确保炉身中没有残留膨胀材料。为此，在考虑炉身横截面的情况下计量空气量，使得确保分散在空气流中但尚未膨胀的砂子刚好不会反向于气流不稳定地回落，通常是足够的。对应地，对于根据本发明的方法的一种优选实施方式，有下列设置：计量且进给空气量，使得炉身中所进给的材料不反向于气流向下降落。
炉身内的空气和砂粒的加热以及砂粒向微球的膨胀使得后者不留在炉身中，而是与空气一起从炉身中排出。由此，对于根据本发明的方法的一种优选实施方式，有下列设置：膨胀材料连同在炉身中加热的空气的排出在气体-材料流中实现。气体-材料流的存在并不意味着空气必须像材料一样快地流动。空气通常流动得更快，使得气体和材料之间存在相对速度，其中这种相对速度通常沿着运输区段减小，也就是说，在炉身中的更下方的相对速度通常情况下比更上方的更大。
为了进一步改进根据本发明的方法，对于所描绘的空气量的计量，此外还可以考虑边界层流动，该边界层流动不可避免地自然而然地以一定的径向伸展形成在靠近炉身内壁的范围内。对应地，对于根据本发明的方法的一种优选实施方式，有下列设置：计量且进给空气量，使得在炉身的上端处，气流的平均速度处于边界层流动的最大速度的50％至95％的范围内，其中边界层流动通过在径向地界定炉身的内壁的范围内的气流形成，并且具有相对于其余气流提高了的材料浓度，并且其中气流的平均速度通过求得径向地从炉身的径向中心到内壁的气流的速度的平均值而得出。通过空气量或者说气流的该设计，实际上可以完全排除内壁上的砂粒结块。空气量或者说气流的该设计的另一优点在于，所产生的、材料在炉身中的最佳停留时间，该停留时间避免过早的膨胀和过度膨胀的风险。可选地，通过略微提高空气量，可以延迟朝向炉身端部方向(即向上)的膨胀，以进一步最小化过度膨胀的风险。
应当注意的是，炉身不一定必须形成为旋转对称的，而是可以具有径向的中心，该中心是炉身的横向于(优选地垂直于)运输方向的净横截面的中心。径向界定的内壁围绕该透明横截面。
为了便于进一步加工或者说手工操作膨胀材料，对于根据本发明的方法的一种优选实施方式，有下列设置：冷却空气掺混在气体-材料流中，以冷却膨胀材料。这简化了例如膨胀材料在过滤器中的毫无问题的分离和/或膨胀材料在贮存器中的安全储存。
类似地，对于根据本发明的装置的一种优选实施方式，有下列设置：设置有至少一个冷却空气输送器件，使得用于冷却膨胀材料的冷却空气被输送至在上端处从炉身中逸出的气体-材料流。至少一个冷却空气输送器件在此通常包括用于冷却空气的供给管线以及喷嘴，其中供给管线引入该喷嘴并且冷却空气借助于该喷嘴被吹入气体-材料流。
为了能够进一步加工膨胀材料或者说微球，特别地对其进行包装和/或储存，对于根据本发明的方法的一种优选实施方式，有下列设置：膨胀材料借助于过滤器，从气体-材料流中分离出来。
类似地，对于根据本发明的装置的一种优选实施方式，有下列设置：设置有过滤器，以将膨胀材料从在上端处从炉身中逸出的气体-材料流中分离出来。
对于根据本发明的方法的一种尤其优选的实施方式，有下列设置：在膨胀材料已经冷却至加工温度后，借助于过滤器实现分离，其中加工温度优选地小于等于100℃。这允许过滤器的成本有效的构造，因为可以降低对过滤器材料的关于耐热性的要求。
类似地，对于根据本发明的装置的一种尤其优选的实施方式，有下列设置：至少一个冷却空气输送器件连接在过滤器上游。
对于根据本发明的方法的一种优选实施方式，有下列设置：在排出后，确定膨胀砂粒的尺寸和/或密度。这使得可以根据膨胀材料的尺寸和密度的测量结果来确定和/或适配过程参数，例如待加热至的温度或者所进给的材料和空气的量或者炉身内气流的平均速度。以此方式，可以实现特别是自动的调节，以确保所生产的微球具有期望的质量。
类似地，对于根据本发明的装置的一种尤其优选的实施方式，有下列设置：设置有用于确定膨胀砂粒的尺寸和/或密度的器件。例如用于光学地确定尺寸和密度的对应的传感器基本上是市售的。
特别地，能够以此方式确保所产生的微球的期望尺寸，其中微球通常理解为直径小于等于150μm的膨胀砂粒。对应地，对于根据本发明的方法的一种优选实施方式，有下列设置：膨胀砂粒的平均直径小于等于150μm，优选地小于等于100μm，尤其优选地小于等于75μm。
应当注意的是，为了调节或者说设定过程参数，还可以附加地或替代地执行另外的控制测量。举例而言，可以使用光学传感器来对所产生的微球的表面质量执行自动光学检验，从而确定它们是否打开或关闭。
附图说明
现在，根据实施例，进一步地阐述本发明。附图是示例性的，旨在说明发明构思，但任何情况下也不应对其构成限制或者甚至是封闭式描述。
图中示出：
图1以根据本发明的方法的流程图，示出了根据本发明的装置的示意图；
图2是根据图1中的切割线A-A的炉身中的气流的速度分布的简图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的装置的示意图，利用该装置可以执行根据本发明的用于生产膨胀微球29或者说膨胀颗粒29的方法。膨胀微球29的原材料是具有推进剂的砂粒状或者说粉末状材料。在所示的实施例中，珍珠岩砂1被假定为材料，其中在膨胀过程中充当推进剂的水结合在珍珠岩中。
为了执行膨胀过程，根据本发明的装置包括具有炉身3的熔炉2，该炉身垂直地从下向上地从下端19延伸到上端18。在图1中通过虚线表示的运输区段4在端部19、18之间延伸。该线同时标记炉身3的径向中心17。在熔炉2中设置有多个彼此叠置的或者说在运输方向32上观察时依次布置的加热区5，运输区段4被引导通过所述多个加热区。每个加热区5都配置有至少一个可独立控制的加热元件6，其中例如可以指的是电加热元件6。借助于加热元件6，熔炉2或者说炉身3中的珍珠岩砂1可达到临界温度，在该临界温度下，珍珠岩砂粒1的表面塑化，并且珍珠岩砂粒1基于推进剂(在此为水蒸气)而膨胀。
根据本发明，珍珠岩砂1连同空气量一起从下端19进给到熔炉2或者说炉身3中，并且朝向上端18的方向，也即从下向上地吹送。为了该吹入，设置有固体/空气喷嘴10。一方面，保存在细砂容器7中的珍珠岩砂1通过定量供料螺杆8被输送至该喷嘴。另一方面，压缩空气30被输送至固体/空气喷嘴10。固体/空气喷嘴10确保形成从下向上流动的气流14，借助于该气流，沿着运输区段4从下向上地在运输方向32上运输珍珠岩砂1。通过从下向上的运输，防止所产生的浮力导致珍珠岩砂1或者说膨胀颗粒29在炉身3中的停留时间不受控制地大。同时，可以确保首先在炉身3或者说运输区段4的上半部，优选地在其最上方三分之一处实现膨胀，由此可以避免珍珠岩砂1或者说膨胀颗粒29在炉身3的内壁16上的结块以及珍珠岩砂1或者说膨胀颗粒29的单粒之间的粘结。
珍珠岩砂1通常直接在其膨胀之前具有大约780℃的温度。由于珍珠岩砂粒1在其中伸展的膨胀过程是等焓过程，因此珍珠岩砂1在膨胀时冷却，通常达到约590℃，这也被称为温度下降。根据材料，温度下降至少为20℃，优选地至少为100℃。通过检测温度下降或者说检测在炉身3中出现温度下降的位置，能够沿着剩余运输区段4有针对性地调节加热元件6，以便特别地影响膨胀颗粒29的表面结构或者说表面特性。
对应地，沿着运输区段4设置有多个用于温度测量的位置9，以便能够确定温度下降的位置。在此，在本实施例中，不进行绝对温度测量，而是确定加热元件6的功率消耗，或者说确定该功率消耗如何沿着运输区段4变化。随即在膨胀过程以及伴随的温度下降之后，膨胀颗粒29和加热元件6之间的温度差异显著大于直接在膨胀过程之前的珍珠岩砂1和加热元件6之间的温度差异。热流也对应地增加。也就是说，确定的热流或者说加热元件6的功率消耗从一个加热区5到下一加热区的变化是增加，与此相反，由于膨胀过程前的珍珠岩砂1的逐渐加热，沿着运输区段4的功率消耗的变化是减小。
为了调节，特别是沿着温度下降后剩余的运输区段4的调节，加热元件6与调节和控制单元(未示出)相连，使得能够有针对性地防止或者实现材料温度沿着剩余运输区段4上升至或超过临界温度。
这样产生的微球29的直径小于等于150μm。为了在最终产品中获得事实上单个的微球29而不是以微球29的积聚物形式的过大的粒子，必须防止位于炉身中的珍珠岩砂1形成积聚物，然后该积聚物膨胀成对应的微球29的积聚物。材料的水分促进珍珠岩砂1的积聚。由此，在进入细砂容器7之前准备珍珠岩砂1，其中准备过程包含干燥过程。然而，由于甚至在干燥状态下，也不可能在不形成积聚物的情况下运输细粉末状珍珠岩砂1，由此，珍珠岩砂1分散在空气量中，其中珍珠岩砂利用该空气量被进给到炉身3中。
在所示的实施例中，借助于固体/空气喷嘴10进行分散。附加地，设置有扩散器11，该扩散器一方面连接到固体/空气喷嘴10，另一方面连接到炉身3的下端19。扩散器11具有净径向横截面，其在运输方向32上看扩展成径向端部横截面22。径向端部横截面22在此与下端19处的炉身3的径向进口横截面23同样大，这使得已分散的珍珠岩砂1从扩散器11到炉身3的最佳过渡成为可能。
在膨胀过程之后，膨胀颗粒29连同在炉身3中加热的空气一起，在通过炉身3的端部部段24后，在炉身3的上端18处排出。也就是说，微球29存在于气体-材料流12中。
在气体-材料流12从炉身3中排出后，冷却空气通过供给管线25掺混于其中。膨胀颗粒29由此冷却，优选地冷却至小于等于100℃的加工温度，这便于特别地在其进一步加工中进一步地手工操作膨胀颗粒29。
气体-材料流12被输送至粒度测量设备20，以确定微球29的尺寸。
随后，气体-材料流12被输送至过滤器13，以将膨胀颗粒29从气体-材料流12中分离。通过过滤器13清洁的废气28通过连接在过滤器13下游的鼓风机27排放到大气中。
相反，经分离的膨胀颗粒29通过连接在过滤器13下游的旋转阀26首先被输送到密度测量设备21，在该密度测量设备中在膨胀颗粒29被导入料仓31前确定其密度。
可以使用本身已知的例如基于光学传感器工作的设备作为粒度测量设备20和密度测量设备21。
膨胀颗粒29的粒度和密度的确定允许根据测量设备20、21的测量结果，设定过程参数，例如炉身3中或者说沿着运输区段4的温度或者说温度分布，或者珍珠岩砂1的进给量或者空气的进给量。特别地，因此可以实现自动调节，以设定微球29的期望质量，特别是其期望的尺寸和密度。例如，可以为此设置有调节和控制单元(未示出)，以处理测量设备20、21的测量结果并对应地调节过程参数。
气流14在炉身3中的速度v也算作过程参数。在此，应当考虑到的是，在靠近内壁16的范围中，形成气流14的边界层流动15，该边界层流动15具有一定的径向伸展。边界层流动15在此的特征在于，在边界层流动中，珍珠岩砂1或者说微球29的浓度相对于其余气流14是提高的。
图2显示了根据图1中的切割线A-A的沿着穿过炉身3的径向截面的流动比。可以看出，边界层流动15中的速度v首先从内壁16朝向径向中心17的方向上显著地增加，直至达到边界层流动15的最大速度vb,max(在图2中由点划线箭头表示)。进一步朝向径向中心17，速度v不增加，或者如图2所示仅略微增加。如果求得从径向中心17到内壁16的速度v的平均值，则得出在图2中通过粗箭头标识的平均速度va。大量的实验已经表明，如果气流14被设计或者说设定成使在炉身3的上端18处，平均速度va处于vb,max的50％至95％的范围内，则可以实际上完全排除内壁16上珍珠岩砂1或者说微球29的结块。在所显示的实施例中，va约为vb,max的90％。
在此，气流14可以通过恰当地选择或者说设计固体/空气喷嘴10和/或通过选择恰当的压缩空气30的压力来设定。后者原则上同样可以借助于调节和控制单元(未示出)自动完成。
附图标记列表
1 珍珠岩砂
2 熔炉
3 炉身
4 运输区段
5 加热区
6 加热元件
7 细砂容器
8 定量供料螺杆
9 用于温度测量的位置
10 固体/空气喷嘴
11 扩散器
12 气体-材料流
13 过滤器
14 气流
15 边界层流动
16 内壁
17 炉身的径向中心
18 炉身的上端
19 炉身的下端
20 粒度测量设备
21 密度测量设备
22 扩散器的径向端部横截面
23 炉身在其下端处的径向进口横截面
24 炉身的端部部段
25 冷却空气的供给管线
26 旋转阀
27 鼓风机
28 已清洁的废气
29 膨胀颗粒/微球
30 压缩空气
31 料仓
32 运输方向
v 气流的速度
va 气流的平均速度
vb,max 边界层流动的最大速度

Claims (22)

1.一种使用推进剂生产由砂粒状矿物材料(1)制成的膨胀颗粒(29)，例如由珍珠岩砂(1)或黑曜岩砂制成的膨胀颗粒的方法；其中所述材料(1)被进给到基本上垂直站立的熔炉(2)中；其中所述材料(1)在所述熔炉(2)的炉身(3)中沿着运输区段(4)，被运输通过多个竖直地彼此相隔布置的加热区(5)，其中每个加热区(5)都能够利用至少一个能独立控制的加热元件(6)加热；其中所述材料(1)在此被加热至临界温度，在所述临界温度下，砂粒(1)的表面塑化，并且所述砂粒(1)基于所述推进剂而膨胀；其中膨胀的所述材料(29)从所述熔炉(2)中排出，其特征在于，从底部实现所述材料(1)连同空气量的进给，其中借助于在所述炉身(3)中从下向上流动且形成气流(14)的空气量，沿着所述运输区段(4)从下向上地运输所述材料(1)，并且其中在所述运输区段(4)的上半部，优选地在其最上方的三分之一处实现所述砂粒(1)的膨胀。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在检测到沿着所述运输区段(4)的两个相邻位置(9)之间的所述材料(1)的温度的第一次降低时，根据所述临界温度，沿着剩余的所述运输区段(4)调节所述加热元件(6)，以防止或者有针对性地实现材料温度沿着剩余的所述运输区段(4)上升至或超过所述临界温度。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述材料(1)沿着所述运输区段(4)的温度变化通过测定所述加热元件(6)的功率消耗来间接地测得。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，优选地在所述材料(1)进入所述炉身(3)中前，将所述材料(1)分散在所述空气量中。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述分散借助于固体/空气喷嘴(10)中的压缩空气(30)，优选地利用连接至所述炉身(3)的下游扩散器(11)实现。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，已膨胀的所述材料(29)连同在所述炉身(3)中加热的空气的排出在气体-材料流(12)中实现。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，冷却空气掺混在所述气体-材料流(12)中，以冷却已膨胀的所述材料(29)。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其特征在于，已膨胀的所述材料(29)借助于过滤器(13)，从所述气体-材料流(12)中分离出来。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在已膨胀的所述材料(29)已经冷却至加工温度后，借助于所述过滤器(13)实现所述分离，其中所述加工温度优选地小于等于100℃。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，计量且进给所述空气量，使得所述炉身(3)中的进给的所述材料(1)不反向于所述气流(14)向下降落。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，计量且进给所述空气量，使得在所述炉身(3)的上端(18)处，所述气流(14)的平均速度(va)处于边界层流动(15)的最大速度(vb,max)的50％至95％的范围内，其中所述边界层流动(15)通过在径向地界定所述炉身(3)的内壁(16)的范围内的所述气流(14)形成，并且具有相对于其余的所述气流(14)提高了的材料(1)的浓度，并且其中所述气流(14)的平均速度(va)通过求得径向地从所述炉身(3)的径向中心(17)到所述内壁(16)的所述气流(14)的速度(v)的平均值而得出。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，已膨胀的所述砂粒(29)的平均直径小于等于150μm，优选地小于等于100μm，尤其优选地小于等于75μm。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，在所述排出后，测定已膨胀的所述砂粒(29)的尺寸和/或密度。
14.一种用于生产由砂粒状材料(1)制成的膨胀颗粒(29)的装置，包括基本上垂直站立的熔炉(2)，所述熔炉包括具有上端(18)和下端(19)的炉身(3)，其中运输区段(4)在两端(18、19)之间延伸，所述运输区段被引导通过多个竖直地彼此相隔布置的加热区(5)，其中所述加热区(5)分别具有至少一个能彼此独立地控制的加热元件(6)，以便将所述材料(1)加热至临界温度并且使砂粒(1)膨胀，其特征在于，设置有至少一个输送器件(10)，以便将未膨胀的所述材料(1)连同空气量在所述炉身(3)的下端(19)，以朝向所述炉身(3)的上端(18)的方向吹入所述炉身(3)，使得所述空气量形成从下向上流动的气流(14)，借助于所述气流沿着所述运输区段(4)从下向上地运输所述材料(1)，以便使所述材料在所述运输区段(4)的上半部，优选地在其最上方三分之一中膨胀。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，设置有用于直接和/或间接测量所述材料(1)的温度和/或温度变化的材料温度测量器件，以及与所述材料温度测量器件以及所述加热区(5)的所述加热元件(6)相连的调节和控制单元，以便在沿着所述运输区段(4)的两个相邻位置(9)之间，检测所述材料(1)的温度的第一次降低，优选为至少20℃，并且能够根据所述临界温度，通过所述调节和控制单元调节所述加热元件(6)，以防止或者有针对性地实现材料温度沿着剩余的所述运输区段(4)上升至或超过所述临界温度。
16.根据权利要求14至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个输送器件包括固体/空气喷嘴(10)，压缩空气(30)和未膨胀的所述材料(1)能够输送至所述固体/空气喷嘴(10)，以将所述材料(1)分散在所述空气量中。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置还包括连接在所述固体/空气喷嘴(10)下游并连接到所述炉身(3)的下端(19)的扩散器(11)。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述扩散器(11)以径向净端部横截面(22)连接至所述炉身(3)的下端，所述径向净端部横截面等同于所述炉身(3)在其下端(19)处的径向净进口横截面(23)。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的装置，其特征在于，设置有过滤器(13)，以将已膨胀的所述材料(1)从在所述上端(18)处从所述炉身(3)中逸出的气体-材料流(12)中分离出来。
20.根据权利要求14至19中任一项所述的装置，其特征在于，设置有至少一个冷却空气输送器件(25)，使得用于冷却已膨胀的所述材料(1)的冷却空气被输送给从所述上端(18)处从所述炉身(3)中逸出的气体-材料流(12)。
21.根据从属于权利要求19的权利要求20所述的装置，其特征在于，所述至少一个冷却空气输送器件(25)连接在所述过滤器(13)的上游。
22.根据权利要求14至21中任一项所述的装置，其特征在于，设置有用于测定已膨胀的所述砂粒(29)的尺寸和/或密度的器件(20、21)。
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